Substancje lotne zielonych liści są szybką reakcją rośliny na zagrożenia. Star61/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Czy zastanawiałeś się kiedyś nad tą ostrą, zieloną nutą, która uderza w Twój nos podczas koszenia trawnika lub przycinania łodyg kwiatów? To są substancje lotne o zielonych liściach lub GLV: łatwo odparowujące olejki, których rośliny używają do komunikowania się z innymi roślinami i obrony przed roślinożercami lub patogenami, takimi jak bakterie lub grzyby.

Prawie każda zielona roślina może szybko syntetyzować i uwalniać GLV po zaatakowaniu, zarówno bezpośrednio odpierając napastników, jak i pośrednio wabiąc drapieżniki roślinożerców, takie jak owady, i uruchamiając inne mechanizmy obronne rośliny. Naukowcy wiedzą, że GLV odgrywają ważną rolę w ochronie roślin, ale ich działanie pozostaje niejasne.

Jestem badacz biochemiioraz poprzez współpracę pomiędzy Laboratorium Wanga i Laboratorium Stratmanna z Uniwersytetu Południowej Karoliny wraz z kolegami badamy, w jaki sposób komórki roślinne wykorzystują substancje lotne zielonych liści. W naszym niedawno opublikowane badaniazidentyfikowaliśmy potencjalne szlaki sygnalizacyjne wykorzystywane przez GLV do indukowania odpowiedzi obronnych w komórkach pomidora. Naszym ostatecznym celem jest znalezienie sposobów wykorzystania GLV do zwalczania szkodników rolniczych w celu zapewnienia czystszego rolnictwa.

Systemy obronne roślin

Rośliny wykorzystują wiele systemów obronnych, aby się chronić. The pierwsza linia obrony polega na wykrywaniu inwazyjnych drobnoustrojów i obecności uszkodzeń za pomocą wzorce molekularne związane z uszkodzeniami, czyli DAMP, które są cząsteczkami uwalnianymi przez uszkodzone lub umierające komórki.

Kiedy komórka identyfikuje DAMP, wyzwala odpowiedź immunologiczną i promuje mechanizmy naprawcze. Prowadzi to również do zmiany stężenia jonów wapnia, dodatkowo aktywując geny i białka związane z odpornością. DAMPy również włącz białka powszechne w wielu szlakach sygnalizacji stresu, które aktywują inne reakcje obronne. Rośliny mają kilka sposobów obrony.

Wiele badań wykazało, że skutki GLV są podobnego do TŁUMIKI. Dlatego mój zespół i ja chcieliśmy udowodnić, czy GLV mogą również działać jako DAMP.

W tym celu sprawdziliśmy, które białka są włączane, a które wyłączane w komórkach pomidora. Chemiczna zmiana struktury białka w procesie zwanym fosforylacja włącza lub wyłącza. Fosforylacja białek odgrywa kluczową rolę w regulacji wielu procesów komórkowych i obejmuje wiele szlaków przekazywania sygnału. Badanie fosfoproteomulub wszystkie białka fosforylowane w jednym systemie komórek pomidora mogą pomóc nam w porównaniu szlaków sygnałowych GLV i DAMP.

Odkryliśmy, że wiele białek zaangażowanych w lotne szlaki sygnałowe zielonych liści bierze udział w regulacji stresu. Obejmowało to wiele elementów szlaków sygnalizacyjnych DAMP, co potwierdza naszą hipotezę, że GLV działają podobnie jak DAMP w aktywowaniu odpowiedzi obronnych.

Wykorzystanie GLV w rolnictwie

Rolnictwo często wywiera znaczną presję na zasoby naturalne i środowisko. Może to prowadzić na przykład do stosowania konwencjonalnych pestycydów degradacja środowiska i odporność na szkodniki.

Biopestycydy zyskują na popularności jako mniej toksyczna alternatywa. Są to naturalnie występujące organizmy lub związki, które hamują wzrost i rozprzestrzenianie się szkodników. Na przykład, Lotne związki organiczne pochodzące z roślin to rodzaj biopestycydów, co do których udowodniono, że pozwalają na ograniczenie stosowania syntetycznych środków owadobójczych w celu zwalczania szkodników w przechowywanych ziarnach spożywczych.

Dlatego GLV mogą być również skutecznymi biopestycydami w rolnictwie. Jedno z badań wykazało, że GLV mogą przyciągać szkodniki roślin, tzw Miniaturka Apiona chrząszcz, karmić się chwast inwazyjny i trudny do zwalczania, Konferencja Rumex. Ponadto badania terenowe na dzikich roślinach tytoniu wykazały, że uwalnianie GLV może przyciągać wrogów roślinożerców. Obecność tych konkurentów roślinożernych może nie tylko zwalczać szkodniki owadzie, ale także zwiększyć produkcję porażonych roślin.

Dzięki dalszym badaniom wierzymy, że GLV mają potencjał do naturalnego zwalczania szkodników i wspierania zrównoważonego rolnictwa.

Sasimonthakan Tanarsuwongkul, doktorat Kandydat z biochemii, Uniwersytet Karoliny Południowej

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.